CN1720729A - 用于平滑在误差掩蔽期间产生的人为产物的解码器装置和方法 - Google Patents

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Abstract

在解码期间通过解码器(10)中存在的误差掩蔽级(20)来掩蔽编码宏块中的误差。由误差掩蔽级产生的误差掩蔽的宏块在被解码器输出之前经受解块滤波器(22)的解块滤波，以便避免扩展错误像素值。误差掩蔽级(20)根据误差掩蔽技术控制解块滤波器(22)改变解块滤波器的强度，以便对由丢失的宏块的恢复人为引起的转变施加最大强度。

Description

用于平滑在误差掩蔽期间产生的人为产物的解码器装置和方法
根据35 U.S.C119(e)，本申请要求于2003年1月10日提交的、序列号为60/439312的美国临时专利申请的优先权，其示教内容结合于此。
技术领域
本发明涉及一种视频解码器，其执行误差掩蔽以便减少由于丢失或损坏的数据引起的误差。
背景技术
在许多情况中，视频流经受压缩(编码)以有利于存储和传输。并非偶然地，这样编码的视频流导致在传输期间因为信道误差和/或网络拥塞而使得数据丢失或被损坏。在解码时，数据的丢失/损坏使其自身表示为丢失的像素值。为了减少引起这种丢失/损坏的像素值的人为因素，解码器将通过估计来自相同图像的其他宏块或来自其他图像的丢失/损坏像素值来“掩蔽”这样的丢失/损坏像素值。术语掩蔽稍稍有些用词不当，因为解码器不是实际地掩蔽丢失/损坏的像素值。
不管误差掩蔽如何重要，对于实时应用，大多数解码器通常仅执行最简单和最快速的掩蔽算法。对于大多数实时应用，存在两种不同的方式来实现误差掩蔽。一种方式提出通过复制其正确解码的相邻宏块之一来代替丢失的宏块。这种方式应用于经常可见到在重构的图像中出现块状人工产物的低质量***。第二种方式试图通过基于正确解码的相邻宏块的边界上的像素值内插丢失宏块的内容来平滑块状人工产物。两种不同的方案适合后一种类别：(1)用公共平均值替换宏块/块中的所有像素；和(2)通过基于到宏块/块边界的像素距离的加权预测来替换每个像素值。由于没有标准来区分平坦区域和轮廓区域，因此这种掩蔽方式往往模糊重构的图像，而引起相反的人工产物。
因此，需要一种掩蔽方法，其在减少由丢失/损坏的像素值的衍生处理引起的块状人工产物时实现简单性和高性能。
发明内容
简单而言，根据本发明原理的优选实施例，一种符合ISO/ITU H.264视频压缩标准的视频解码器包括误差掩蔽级，用于掩蔽在具有丢失/损坏的数据的解码宏块内的误差。误差掩蔽级通过根据先前发送的没有误差的宏块估计丢失/损坏的像素值来执行这种误差掩蔽。由误差掩蔽级产生的宏块被输入到解码器中的解块滤波器，所述解块滤波器对由不精确的误差掩蔽处理人工引起的转变进行解块。换句话说，误差掩蔽级在通过解块滤波器滤波之前执行误差掩蔽。这种方法的优点有两个。第一，通过使用解块滤波器来改善误差掩蔽方法的结果，从而可以以低复杂性需要实现高质量。第二，在解块之前进行误差校正避免了当尝试平滑有错和正确解码的块之间的转变时扩展有错误的像素值。
根据本发明的另一方面，误差掩蔽级改变解块滤波器的参数。具体地，误差掩蔽级改变解块滤波器的参数，以便对由恢复丢失的宏块人工引起的转变强加最大滤波强度。
附图说明
图1描述了根据本发明原理的提供误差掩蔽的解码器的方框示意图；和
图2以流程图的形式描述了由图1的解码器操作来实现误差掩蔽的处理。
具体实施方式
图1图解说明了根据本发明原理的、用以实现误差掩蔽的、符合ISO/ITUH.264压缩标准的视频解码器10的方框示意图。解码器10包括熵(entropy)解码级12，用于接收输入位流，所述输入位流表示由上游编码器(未示出)按照H.264压缩标准压缩(编码)的视频信号。熵解码级12解码所述输入流以便生成：(a)变换系数，(b)运动矢量和参考帧索引，和(c)控制数据。定标/反变换级14接收用以反变换和定标的变换系数，以便重新生成预测误差。预测误差反映了编码器处的原始图像与解码器能够基于先前发送的数据获得的估计图像之间的差异。由定标/反变换级14产生的预测误差传递到求和块射18，用以与通过块间或块内预测而获得的估计图像相加。
对于在块间预测模式中编码的输入宏块，运动补偿级16根据包括运动矢量和参考帧索引的输入信息产生估计的图像，所述参考帧索引是在输入位流中发送的并且对应于先前存储在解码器缓冲器中的参考帧。来自运动补偿级16的输出传递到求和块18，用以与由定标/反变换级14产生的误差预测相加，以便产生重构的图像。在从求和块18输出的重构图像中的每个宏块传递到误差掩蔽级20，该误差掩蔽级20检测所述宏块是否具有丢失或损坏的像素值。如果所述宏块具有丢失或损坏的像素值，则误差掩蔽级20将以估计的像素值来代替已丢失或损坏的那些像素值。由误差掩蔽级20输出的误差掩蔽的宏块在解块滤波器22处经受解块。根据本发明的原理，解块滤波器22具有可调整的参数，从而允许改变对掩蔽的图像执行的滤波强度。解块滤波器22产生解码器10的输出图像。在这一点上，位流中被标记为参考图像的那些图像被存储在参考帧缓冲器中，以便用作到运动补偿块16的一个输出。
对于在块内预测模式中编码的输入宏块，块内预测级24将根据在编码的输入位流上发送的块内预测模式来产生估计的图像。由块内预测级24产生的估计图像传递到求和块18，用以与由定标/反变换级14产生的误差预测相加，以便产生重构的图像。由求和块18输出的每个块间预测的宏块与由求和块输出的每个块内预测的宏块一样，在误差掩蔽级20处经受误差掩蔽，并且随后被解块滤波器22解块。
图2以流程图形式图解说明了图1的解码器10内的误差掩蔽级20承担的步骤，用以实现误差掩蔽和调整解块滤波器22的参数以对由误差掩蔽引起的转变实现最大值滤波。在图2的步骤100期间，误差掩蔽级20通过对从图1的求和块18接收的每个连续输入宏块执行误差检测来启动误差掩蔽。当在步骤120没有检测到误差时，误差掩蔽级结束误差掩蔽处理(图2的步骤125)，并且向解块滤波器22输出接收到的没有纠正的宏块。在没有对接收到的宏块进行任何误差掩蔽的情况下，误差掩蔽级不对图1的解块滤波器22的参数进行调整。
如果在步骤120确定存在误差，则在图2的步骤140期间，图1的误差掩蔽级20确定从图1的求和块18接收的宏块是否已经被块内编码。具有误差的块内编码的块在步骤160期间经受空间误差掩蔽，而块间编码的块在步骤180期间经受时间掩蔽。
存在多种空间误差掩蔽的技术，包括：
●块复制(BC)
使用这一方式，丢失/损坏的宏块的替换物是从其正确解码的相邻宏块之一获得的。
●像素域内插(PDI)：
从正确编码的相邻宏块的边界处的像素值内插丢失/损坏宏块数据。存在两者不同的方式来实现PDI。例如，宏块内的所有像素可被内插为公共平均值。或者，基于到宏块边界的像素距离通过加权预测来获得每个像素值。
●多向内插(MDI)
多向内插技术构成PDI技术的改进版本，因为MDI技术沿着边缘方向提供内插。MDI的实现要求在定向内插之前估计丢失/损坏像素值附近的主轮廓(contour)的方向。
●最大平滑恢复(MSR)：
在离散余弦变换(DCT)域中，低频分量用于误差掩蔽，以便提供与相邻像素的平滑连接。当使用数据划分编码时，MSR技术使用正确的接收到的DCT系数，而不是丢弃损坏的宏块/块内的所有数据。
●凸集投影(POCS)：
根据这一技术，在快速傅立叶变换(FFT)域中，根据具有丢失/损坏的像素值的宏块周围的较大区域的分类来执行适应性滤波。这种适应性滤波包括：在对细尖区域应用边缘滤波的同时，对平滑区域应用低通滤波。这一过程包括滤波迭代，并且几个先验约束将应用于已处理过的图像。
除了上述技术，通过下列方式也可以有利地实现空间误差掩蔽。对于每个识别的宏块，从相邻宏块得到至少一种块内预测模式。当根据ISO/ITUH.264视频压缩标准编码图像时，两种块内编码类型可用于编码每个宏块：(1)对于块内16×16类型，对于整个宏块得到单一块内预测模式；(2)对于块内4×4类型，对于宏块内的4×4像素的每个子宏块得到块内预测模式。(在这种情况下，每个编码的宏块存在十六种块内预测模式)。随后应用所得到的块内预测模式来产生丢失的像素值。得到的块内预测模式被应用来估计丢失或损坏像素值的处理对应于在解码期间用来估计(预测)未编码的值以减少编码效果的衍生处理。换句话说，现有技术利用通常在空间误差掩蔽用途的编码中使用的块内预测模式信息。当关于特定宏块的编码数据丢失或者损坏时，从相邻宏块得到的块内预测模式可以提供关于用于空间误差掩蔽的最佳内插方向的重要信息。使用用于空间误差掩蔽的这种块内预测模式比具有类似复杂性的传统空间误差掩蔽技术产生好得多的性能。
与空间误差掩蔽相反，时间掩蔽尝试恢复编码的运动信息、即参考图片索引和运动矢量，以便根据先前发送的宏块来估计丢失的像素值。从相同宏块恢复预测误差是不可行的，因为这一信息被毫无冗余地编码。与空间掩蔽不同，时间掩蔽的基本原理在大多数公开的算法中几乎都是相同的。因为在一个或多个参考帧中搜索丢失宏块的丢失运动矢量的计算代价非常高，因此通常仅考虑有限的候选集。用于考虑的可能运动矢量包括：
●零运动：假设丢失的块没有改变其在两个连续帧之间的位置，并且通过简单复制前一帧上布置的块来执行时间掩蔽。
●全局运动：假设丢失的块经受全局运动，并且在大多数情况下可以通过估计照相机运动参数被正确地近似。
●局部运动：假设空间相邻的块的运动是高度相关的，因此根据关于其相邻块可用的局部运动信息可以恢复丢失块的运动。
在步骤160期间的空间误差掩蔽或者步骤180期间的时间掩蔽之后，图1的误差掩蔽级20调整图1的解块滤波器22的参数，以便对由丢失的宏块的恢复人为引起的转变强制最大强度滤波。如由H.264标准定义的，解块滤波器22的强度适应4×4像素块之间的每个边缘的特性。根据下列参数来实现所述适应：
●在解码器10处计算的边界强度值(Bs)。
●在解码器10处计算的、受解块滤波器22影响的任意块对之间的量化参数(QP)平均值
●在片断首标中发送的滤波器偏移A和B。
范围为0到4的边界强度值指明了应用于两个4×4像素块之间的边缘的滤波的强度。当Bs＝0时，边缘保持不被滤波。当Bs＝4时，边缘被最强的滤波强度平滑。其他参数、即QP平均值以及滤波器偏移A和B被联合用来确定区分实际轮廓和人为因素转变的阈值。大值的这些参数增加了滤波转变的数量。
根据本发明原理，所选择的误差掩蔽算法在计算、返回期望的边界强度值之后将改变边界强度值、或者任何输入参数。在多对掩蔽块之间的边缘上和/或在掩蔽块和正确接收的掩蔽块之间的边缘上可以实现边界强度值的变化。最后是否适于增加解块滤波器的强度和采用什么值取决于为误差掩蔽所选的特定技术。
在图解性的实施例中，在掩蔽的多对块之间的边缘上独立地选择最大边界强度值(4)。特定的误差掩蔽技术也可以改变任意对块之间的QP平均值和/或在损坏片断的首标上发送的偏移值。改变QP平均值将增加滤波转变的数量。在图解性的实施例中，所有参数被强制为它们的最大值，即对于QP平均为51，对于偏移A和B为6。
上面描述了这样一种技术，即在符合H.264的解码器中实现误差掩蔽，并且根据执行误差掩蔽的类型来改变解块的强度。

Claims (24)

1.一种符合ISO/ITU H.264的视频解码器，包括解块滤波器，
误差掩蔽级，用于接收解码的宏块，以便通过根据先前发送的宏块估计它们的像素值来掩蔽在具有丢失/损坏的数据的宏块中的误差，从而产生误差掩蔽的宏块，所述误差掩蔽的宏块被输入到解块滤波器，所述解块滤波器通过对误差掩蔽的宏块进行解块来避免扩展错误像素值。
2.根据权利要求1所述的解码器，其中误差掩蔽级根据误差掩蔽来改变由解块滤波器执行的解块的强度。
3.根据权利要求2所述的解码器，其中误差掩蔽级通过修改掩蔽的宏块与没有误差(正确接收)的宏块之间的转变上的边界强度值来修改解块滤波器的强度。
4.根据权利要求2所述的解码器，其中误差掩蔽级通过修改掩蔽的宏块对之间的转变上的边界强度值来修改解块滤波器的强度。
5.根据权利要求2所述的解码器，其中误差掩蔽级修改掩蔽的宏块与正确接收的宏块之间的、用于解块滤波器的量化参数(QP)平均值。
6.根据权利要求2所述的解码器，其中误差掩蔽级修改掩蔽的宏块对之间的、用于解块滤波器的量化参数(QP)平均值。
7.根据权利要求3所述的解码器，其中误差掩蔽级修改掩蔽的宏块与正确接收的宏块之间的、用于解块滤波器的量化参数(QP)平均值。
8.根据权利要求4所述的解码器，其中误差掩蔽级修改掩蔽的宏块对之间的、用于解块滤波器的量化参数(QP)平均值。
9.根据权利要求2所述的解码器，其中误差掩蔽级改变用于解块滤波器的、一对偏移值A和B中的每一个。
10.根据权利要求9所述的解码器，其中误差掩蔽级通过修改掩蔽的宏块与没有误差(正确接收)的宏块之间的转变上的边界强度值来修改解块滤波器的强度。
11.根据权利要求9所述的解码器，其中误差掩蔽级通过修改掩蔽的宏块对之间的转变上的边界强度值来修改解块滤波器的强度。
12.根据权利要求9所述的解码器，其中误差掩蔽级修改掩蔽的宏块与正确接收的宏块之间的、用于解块滤波器的量化参数(QP)平均值。
13.根据权利要求9所述的解码器，其中误差掩蔽级修改掩蔽的宏块对之间的、用于解块滤波器的量化参数(QP)平均值。
14.根据权利要求10所述的解码器，其中误差掩蔽级修改掩蔽的宏块与正确接收的宏块之间的、用于解块滤波器的量化参数(QP)平均值。
15.根据权利要求10所述的解码器，其中误差掩蔽级修改掩蔽的宏块对之间的、用于解块滤波器的量化参数(QP)平均值。
16.一种用于平滑解码的宏块中的转变的方法，包括步骤：
检测解码的宏块是否具有归因于丢失/损坏像素值的误差；如果有，则
通过根据先前发送的宏块估计丢失/损坏像素值来掩蔽误差，以便产生误差掩蔽的宏块；和
通过解块滤波器滤波误差掩蔽的宏块，以便平滑由误差掩蔽算法人为引起的转变。
17.根据权利要求16所述的方法，还包括步骤：根据误差掩蔽来改变由解块滤波器执行的解块的强度。
18.根据权利要求17所述的方法，其中修改解块滤波器的强度的步骤包括：修改掩蔽的宏块与没有误差(正确接收)的宏块之间的转变上的边界强度值。
19.根据权利要求17所述的方法，其中修改解块滤波器的强度的步骤包括：修改掩蔽的宏块对之间的转变上的边界强度值。
20.根据权利要求17所述的方法，还包括步骤：修改掩蔽的宏块与正确接收的宏块之间的、用于解块滤波器的量化参数(QP)平均值。
21.根据权利要求17所述的方法，还包括步骤：修改掩蔽的宏块对之间的、用于解块滤波器的量化参数(QP)平均值。
22.根据权利要求18所述的方法，误差掩蔽级修改掩蔽的宏块与正确接收的宏块之间的、用于解块滤波器的量化参数(QP)平均值。
23.根据权利要求17所述的方法，还包括步骤：修改掩蔽的宏块对之间的、用于解块滤波器的量化参数(QP)平均值。
24.根据权利要求17所述的方法，还包括步骤：改变用于解块滤波器的、一对偏移值A和B中的每一个。
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